DE20220547U1 - Intelligent, serial battery charger and charging block - Google Patents
Intelligent, serial battery charger and charging blockInfo
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Abstract
Description
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Titel: Intelligentes, serielles Batterieladegerät und LadeblockTitle: Intelligent serial battery charger and charging block
Anmelder: GPE International LimitedApplicant: GPE International Limited
Unser Zeichen: 30596Our reference: 30596
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Batterieladegeräte zum Laden einer Mehrzahl von wiederaufladbaren Batterien, die in Serie geschaltet sind. Im speziellen bezieht sich diese Erfindung auf Batterieladegeräte, die eine Mehrzahl von seriell verbundenen Batterieladesektionen haben. Genauer, obwohl nicht ausschließlich darauf begrenzt, bezieht sich diese Erfindung auf serielle Batterieladegeräte, in denen eine Batterie in einer der seriell verbundenen Ladesektionen entfernt oder überbrückt werden kann, ohne die Ladebedingungen der verbleibenden Batterien in anderen Ladesektionen des seriellen Batterieladegerätes zu beeinträchtigen. Darüber hinaus bezieht sich diese Erfindung auf serielle Batterieladegeräte, bei denen ein einfaches elektronisches Element verwendet wird, das dem Ladeschaltkreis während des Ladens eine geringe Impedanz zur Verfügung stellt, eine hohe Impedanz, um einen Rückfluss aus einer Batterie zu blockieren, wenn keine Stromversorgung für die Ladesektion zur Verfügung steht und eine vergleichsweise hohe Impedanz, wenn die Ladesektion übergangen oder überbrückt wird.The present invention relates to battery chargers for charging a plurality of rechargeable batteries connected in series. More particularly, this invention relates to battery chargers having a plurality of battery charging sections connected in series. More particularly, although not exclusively limited thereto, this invention relates to series battery chargers in which a battery in one of the series-connected charging sections can be removed or bypassed without affecting the charging conditions of the remaining batteries in other charging sections of the series battery charger. Furthermore, this invention relates to series battery chargers which use a simple electronic element which provides a low impedance to the charging circuit during charging, a high impedance to block backflow from a battery when no power is available to the charging section, and a comparatively high impedance when the charging section is bypassed or bypassed.
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Wiederaufladbare Batterien werden in einer Vielzahl von portablen oder mobilen elektrischen und elektronischen Einrichtungen oder Anwendungen verwendet, wie z. B. mobilen oder kabellosen Telefonen, Fernrepeatern, Fernbedienungseinheiten, Fernsensoren, portablen Beleuchtungseinrichtungen, portablen Radios, portablen Bohrern und vielen anderen Einrichtungen. Heutzutage werden wiederaufladbare Batterien im Allgemeinen den Einwegbatterien vorgezogen, da sie umweltfreundlicher sind und langfristig kostengünstiger. Für Fernanwendungen sind wiederaufladbare Batterien wahrscheinlich die einzig praktikable Wahl.Rechargeable batteries are used in a wide variety of portable or mobile electrical and electronic devices or applications, such as mobile or cordless telephones, remote repeaters, remote control units, remote sensors, portable lighting devices, portable radios, portable drills and many other devices. Today, rechargeable batteries are generally preferred over disposable batteries because they are more environmentally friendly and cost less in the long term. For remote applications, rechargeable batteries are probably the only practical choice.
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Wiederaufladbare Batterien bedürfen einer wiederholten Aufladung, um den Einrichtungen oder Anwendungen in denen sie installiert sind, elektrische Leistung zur Verfugung zu stellen. Heutzutage benötigen portable Einrichtungen gewöhnlich eine Mehrzahl von Batterien für den Betrieb und die notwendigen Batterien liegen typischerweise im Bereich von zwei bis zehn Batterien. Es ist daher wünschenswert, intelligente Batterieladegeräte zur Verfügung zu stellen, die eine Mehrzahl von wiederaufladbaren Batterien zur gleichen Zeit aufladen können. Es existieren zwei Haupttypen von Batterieladegeräten. Der erste Typ ist das Parallelladegerät, bei dem alle Batterien der gleichen Ladespannung ausgesetzt sind, jedoch mit unterschiedlichen Ladeströmen geladen werden. Der andere Typ ist das serielle Ladegerät, bei dem die Batterien, die geladen werden, seriell geschaltet sind und derselbe Ladestrom gewöhnlich durch all die seriell verbundenen Batterien hindurchgeht.Rechargeable batteries require repeated charging to provide electrical power to the equipment or application in which they are installed. Today, portable equipment usually requires a plurality of batteries to operate, and the batteries required are typically in the range of two to ten batteries. It is therefore desirable to provide intelligent battery chargers that can charge a plurality of rechargeable batteries at the same time. There are two main types of battery chargers. The first type is the parallel charger, in which all the batteries are subjected to the same charging voltage but are charged with different charging currents. The other type is the serial charger, in which the batteries being charged are connected in series and the same charging current usually passes through all the serially connected batteries.
Bei Anwendungen, in denen Batterien alternativ geladen und entladen werden, ist gewöhnlich eine Versorgung von drei bis zwölf Volt notwendig, während die Spannung einer jeden wiederaufladbaren Batterie im Bereich von ein bis zwei Volt liegt. Bei diesen Anwendungen sind Batterien gewöhnlicherweise für das Laden und Entladen seriell geschaltet. Für das Laden von Batterien für die Verwendung in derartigen Anwendungen muss ein serielles Batterieladegerät verwendet werden.In applications where batteries are alternately charged and discharged, a supply of three to twelve volts is usually required, while the voltage of each rechargeable battery is in the range of one to two volts. In these applications, batteries are usually connected in series for charging and discharging. To charge batteries for use in such applications, a serial battery charger must be used.
Aufgrund der weitverbreiteten Verwendung von wiederaufladbaren Batterien besteht ein steigender Bedarf für schnelle Batterieladegeräte, die in der Lage sind, eine leere Batterie in ungefähr einer Stunde zu laden (die „IC-Ladegeräte") so dass Benutzer nicht zu lange warten müssen, bevor die Batterien ausreichend für die Benutzung geladen sind. Beispielsweise ist die lC-Stromrate ca. 1,6 A für eine 1600 mA wiederaufladbare Batterie. Um ein schnelles und effizientes Batteriebeladen zu erleichtern, verwenden Batterieladegeräte im Allgemeinen einen Hochfrequenzpulsladestrom, mit einer relativ hohen Stromgeschwindigkeit. Wenn eine Batterie geladen wird, produziert sie Sauerstoff an der Elektrode und der Verbrauch von Sauerstoff an der negativen Elektrode veranlasst die Batterie dazu sich aufzuwärmen. Im Allgemeinen wird das Laden bei einer Stromgeschwindigkeit von IC bevorzugt, da diese Ladegeschwindigkeit als diejenige angesehen wird, die eine Balance zwischen einer reduzierten Ladezeit und einer Aufrechterhaltung einer gesunden Batterie bei der derzeitigen Batterietechnologie erreicht. Natürlich können mit dem weiteren Fortschreiten der Batterietechnologie Batterien sogar bei höheren Stromgeschwindigkeiten ohne Überhitzung geladen werden.Due to the widespread use of rechargeable batteries, there is an increasing need for fast battery chargers that are able to charge a dead battery in approximately one hour (the "IC chargers") so that users do not have to wait too long before the batteries are sufficiently charged for use. For example, the IC current rate is approximately 1.6 A for a 1600 mA rechargeable battery. To facilitate fast and efficient battery charging, battery chargers generally use a high frequency pulse charging current, with a relatively high current rate. When a battery is charged, it produces oxygen at the electrode and the consumption of oxygen at the negative electrode causes the battery to heat up. In general, charging at a current rate of IC is preferred because this charging rate is considered to be the one that achieves a balance between reduced charging time and maintaining a healthy battery with current battery technology. Of course, as battery technology advances, batteries can be charged even at higher current rates without overheating.
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Wenn dies stattfindet, ist davon auszugehen, dass die Ladegeräte, die eine höhere Ladegeschwindigkeit als IC zur Verfügung stellen, populärer werden. Im Allgemeinen sind schnelle Batterieladegeräte, im speziellen die zur Ladung wiederaufladbarer Batterien einer kleinen Spannung von ca. 1,5 bis 2 V, vorzugsweise so konfiguriert, dass die Batterien seriell geladen werden. Dies liegt daran, dass wenn die Batterien schnell in paralleler Schaltung geladen werden, eine Stromversorgung mit einem sehr großen Stromversorgungsrating notwendig ist, was sehr kostspielig sein kann.If this occurs, it is expected that chargers that provide a higher charging speed than IC will become more popular. In general, fast battery chargers, especially those designed to charge rechargeable batteries of a low voltage of about 1.5 to 2 V, are preferably configured to charge the batteries in series. This is because if the batteries are charged quickly in parallel, a power supply with a very large power supply rating is required, which can be very costly.
Andererseits impliziert eine serielle Verbindung, dass derselbe Strom durch jede der seriell miteinander verbundenen Ladesektionen strömen muss. Dies kann in einer Reihe von Umständen auch große Schwierigkeiten erzeugen. Beispielsweise, wenn eine Batterie aus dem Ladegerät entfernt wird, bei Abschluss des Ladens, zur Vermeidung von Überhitzung oder Beschädigungen, oder weil sie bereits fehlerhaft ist* wird das Laden unterbrochen, weil eine Ersatzbatterie in das Ladegerät eingesetzt worden ist. Gleiche Probleme ergeben sich, wenn wiederaufladbare Batterien mit unterschiedlichen Kapazitäten zusammen geladen werden oder gute Batterien zusammen mit schlechten. Dies liegt daran, dass wenn eine Batterie geringerer Kapazität vollständig geladen worden ist, eine gute Chance besteht, dass eine Batterie mit einer größeren Kapazität noch mehr Ladung bedarf. Für einfache serielle Ladegeräte ohne Überwachung und Kontrollschaltkreise werden die Batterien kontinuierlich geladen. Als Resultat dessen kann Überhitzung, Batteriebeschädigung, oder sogar Explosion resultieren. Andererseits kann bei den besseren seriellen Batterieladegeräten mit Ladungszustandsüberwachung und Ladungskontrollschaltkreisen das Batterieladegerät abgeschaltet werden, sobald eine der Batterien, die geladen werden, als vollständig geladen erfasst wird. Dies ist offensichtlich unerwünscht, da die verbleibenden Batterien noch ein weiteres Laden benötigen könnten. Darüber hinaus, wann immer Batterien während des Ladeprozesses in ein serielles Batterieladegerät eingesetzt oder aus diesem entfernt werden, wird der gesamte Ladungsprozess unterbrochen. Es ist daher wünschenswert, ein intelligentes serielles Batterieladegerät zur Verfügung zu stellen, das ein serielles Laden von wiederaufladbaren Batterien ermöglicht, bei dem die Ladeströme, die den individuellen Batterien in serieller Verbindung zugeführt werden, größtenteils unabhängig von demjenigen ist, der den anderen Batterien zugeführt wird.On the other hand, a serial connection implies that the same current must flow through each of the serially connected charging sections. This can also create great difficulties in a number of circumstances. For example, if a battery is removed from the charger at the end of charging to avoid overheating or damage, or because it is already faulty*, charging is interrupted because a replacement battery has been inserted into the charger. Similar problems arise when rechargeable batteries of different capacities are charged together, or good batteries together with bad ones. This is because if a battery of lower capacity has been fully charged, there is a good chance that a battery of a larger capacity will still need more charging. For simple serial chargers without monitoring and control circuits, the batteries are charged continuously. As a result, overheating, battery damage, or even explosion can result. On the other hand, for the better serial battery chargers with charge state monitoring and charge control circuits, the battery charger can be turned off as soon as one of the batteries being charged is detected as fully charged. This is obviously undesirable, since the remaining batteries may still require further charging. Furthermore, whenever batteries are inserted into or removed from a serial battery charger during the charging process, the entire charging process is interrupted. It is therefore desirable to provide an intelligent serial battery charger that enables serial charging of rechargeable batteries in which the charging currents supplied to the individual batteries in series connection are largely independent of that supplied to the other batteries.
Für viele Batterieladegeräte ist es bekannt, dass, wenn die Stromversorgung des Batterieladegeräts abgestellt wird ein Umkehrleckstrom existieren kann, der aus den Batterien zu demFor many battery chargers it is known that when the power supply to the battery charger is turned off a reverse leakage current can exist that flows from the batteries to the
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Ladegerät oder in die peripheren Schaltkreise fließen kann. Ein Umkehrleckstrom zwischen den seriell miteinander verbundenen Batterien könnte auch eine Umkehrladung individueller Batterien durch andere Batterien bedeuten, die in dem seriellen Lader verbunden sind. Dies ist ganz klar unerwünscht, da es einen Abfluss der vollen Batteriekapazität bedeuten kann und sogar eine Beschädigung des Ladegerätes. Es ist daher wünschenswert, dass jede Ladesektion eines seriellen Batterieladegeräts mit Einrichtungen versehen ist, um einen unerwünschten Umkehrleckstrom zu vermeiden, wie auch mit einer Beipassschaltung, so dass die Ladebedingungen einer jeden individuellen Ladesektion nicht die Ladebedingungen der anderen Ladesektionen beeinträchtigt.
10charger or into the peripheral circuits. Reverse leakage current between the batteries connected in series could also mean reverse charging of individual batteries by other batteries connected in the series charger. This is clearly undesirable as it may mean drain of full battery capacity and even damage to the charger. It is therefore desirable that each charging section of a serial battery charger be provided with means to prevent undesirable reverse leakage current, as well as with a bypass circuit so that the charging conditions of each individual charging section do not affect the charging conditions of the other charging sections.
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Viele Bypass-Schaltkreise, Schaltkreisanordnungen oder Topologien sind vorgeschlagen ^ worden, um den nachteiligen Einfluss der Ladebedingungen in einer seriellen Ladesektion aufMany bypass circuits, circuit arrangements or topologies have been proposed to reduce the adverse influence of charging conditions in a serial charging section on
andere Ladesektionen zu umgehen. Während serielle Ladegeräte mit Anordnungen zum Bypass von einigen oder allen Ladesektionen bekannt sind, sind diese im allgemeinen sehr kompliziert und enthalten nicht simultane Einrichtungen oder Schaltkreise, um eine Umkehrleckage oder Entladung der Batterien zu verhindern.to bypass other charging sections. While serial chargers with arrangements for bypassing some or all of the charging sections are known, these are generally very complicated and do not contain simultaneous devices or circuits to prevent reverse leakage or discharge of the batteries.
Ein serielles Batterieladegerät zur Verfugung zu stellen, das die obigen Anforderungen erfüllt, ist eine schwierige Aufgabe, da unterschiedliche miteinander in Konflikt stehende Anforderungen erfüllt werden müssen. Zunächst muss, um einen Umkehrleckstrom oder umgekehrte Stromentladung aus den Batterien zu verhindern, eine Blockiereinrichtung in Serie mit den Batterien vorgesehen werden, die eine hohe Umkehrimpedanz hat. Zweitens muss die serielle Blockiereinrichtung eine geringe Impedanz haben, wenn ein vorwärtsgerichteter Strom vorhanden ist, der zum Laden der Batterien in die Batterie strömt. Andererseits, wenn die Blokkiereinrichtung eine geringe vorwärtsgerichtete Impedanz hat, wenn der Bypass-Schalter aktiviert worden ist (was normalerweise auftritt, wenn keine Stromversorgung zu den Batterieladeterminals besteht), konkurriert die Niedrigimpedanz-Blockiereinrichtung mit dem Bypass-Schalter um den zur Verfügung gestellten Strom, und, als Resultat, fließt ein umgekehrter Ladestrom weiter in die Batterien. Zusätzlich muss diese Blockiereinrichtung eine hohe Impedanz haben, wenn der Bypass-Schalter aktiviert wurde, da ansonsten ein großer und unerwünschter Strom in einer Stromschleife fließen wird, die durch die Batterie, die Blokkiereinrichtung und den Bypass-Schalter gebildet wird. Es ist damit im höchsten Maße wünschenswert, ein serielles Batterieladegerät zur Verfügung zu stellen, das die obigen miteinan-Providing a series battery charger that meets the above requirements is a difficult task because different conflicting requirements must be met. First, to prevent reverse leakage current or reverse current discharge from the batteries, a blocking device must be provided in series with the batteries which has a high reverse impedance. Second, the series blocking device must have a low impedance when there is a forward current flowing into the battery to charge the batteries. On the other hand, if the blocking device has a low forward impedance, when the bypass switch has been activated (which normally occurs when there is no power supply to the battery charging terminals), the low impedance blocking device competes with the bypass switch for the provided current and, as a result, a reverse charging current continues to flow into the batteries. In addition, this blocking device must have a high impedance when the bypass switch is activated, otherwise a large and undesirable current will flow in a current loop formed by the battery, the blocking device and the bypass switch. It is therefore highly desirable to provide a serial battery charger that combines the above
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der konkurrierenden Erfordernisse erfüllen kann. Es ist sogar noch weiter wünschenswert, wenn derartige verbesserte Batterieladegeräte realisiert werden können, unter Verwendung von einfachen Schaltkreisblöcken und Komponenten, so dass sowohl eine hohe Zuverlässigkeit als auch geringe Kosten erreicht werden können.
5of competing requirements. It is even more desirable if such improved battery chargers can be realized using simple circuit blocks and components so that both high reliability and low cost can be achieved.
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Es ist daher ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die Probleme oder Nachteile in Verbindung mit existierenden oder bekannten seriellen Batterieladegeräten zu vermeiden. Insbesondere ist es ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Schaltkreisanordnung für eine verbesserte Batterieladesektion vorzusehen, die in seriellen Ladegeräten verwendet werden kann, so dass die Ladesektion umgangen oder mit einem Bypass versehen werden kann wenn ausgewählt, und zur selben Zeit, eine Blockiereinrichtung zur Vermeidung von Umkehrstrom.It is therefore an object of the present invention to avoid the problems or disadvantages associated with existing or known serial battery chargers. In particular, it is an object of the present invention to provide a circuit arrangement for an improved battery charging section which can be used in serial chargers so that the charging section can be bypassed when selected and, at the same time, a blocking device for preventing reverse current.
Ein wesentlicher Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein intelligentes serielles Batterieladegerät zur Verfügung zu stellen, bei dem der Ladestrom oder die Ladebedingungen einer Batterie in der seriellen Verbindung im wesentlichen unbeeinträchtigt durch die Ladebedingungen der anderen Batterien in der seriellen Verbindung ist.An essential object of the present invention is therefore to provide an intelligent serial battery charger in which the charging current or the charging conditions of one battery in the serial connection is substantially unaffected by the charging conditions of the other batteries in the serial connection.
Ein ebenso wichtiger Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist es, ein serielles Batterieladegerät zur Verfügung zu stellen, bei dem eine Batterie aus den seriell verbunden Batterien zu jeder Zeit entfernt werden kann, ohne Unterbrechung der Ladung der anderen Batterien, und, zur selben Zeit, ein Umkehrstromfluss aus einer Batterie vermieden werden kann.An equally important object of the present invention is to provide a serial battery charger in which one battery from the series-connected batteries can be removed at any time without interrupting the charging of the other batteries and, at the same time, reverse current flow from one battery can be avoided.
Das Minimalziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Öffentlichkeit mit einer Auswahl von seriellen Batterieladegeräten zu versorgen, die mit Einrichtungen versehen sind, um unerwünschte Batterieentladungen zu vermeiden, wenn das Batterieladegerät keinen Ladestrom zur Verfügung stellt und einen nützlichen Batterie-Bypass zur Verfügung zu stellen, wenn notwendig.The minimum objective of the present invention is to provide the public with a choice of serial battery chargers provided with means to avoid undesirable battery discharges when the battery charger is not providing charging current and to provide a useful battery bypass when necessary.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein verbessertes, seriell verbundenes Batterieladegerät zur Verfügung gestellt, das zumindest erste und zweite parallel verbundene Zweige umfasst, wobei der erste parallele Zweig einen elektronisch steuerbaren Bypass-Schalter umfasst und der zweite Parallelzweig positive und negative Terminals jeweils zur Aufnahme der positiven und negativen Terminals einer Batterie umfasst sowie eine seriell verschaltete elektronische Einwegeinrichtung, wobei der Bypass-Schalter eine sehr geringe Impedanz hat, wenn er angeschaltet ist, und eine sehr hohe Impedanz, wenn er abgeschaltet ist, wobei die elektronische Einwegeinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine sehr geringe Impedanz hat, wenn Strom aus der Ladesektion in die Batterieterminals strömt und eine hohe Impedanz, wenn der Bypass-Schalter angeschaltet ist.According to the present invention there is provided an improved series-connected battery charger comprising at least first and second parallel-connected branches, the first parallel branch comprising an electronically controllable bypass switch, the second parallel branch comprising positive and negative terminals respectively for receiving the positive and negative terminals of a battery, and a series-connected electronic one-way device, the bypass switch having a very low impedance when switched on and a very high impedance when switched off, the electronic one-way device being characterized by having a very low impedance when current flows from the charging section into the battery terminals and a high impedance when the bypass switch is switched on.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Ladeblock zur Verwendung in einem seriellen Batterieladegerät vorgesehen, einschließlich zumindest eines ersten und zweiten parallel miteinander verbundenen Zweiges, wobei der erste parallele Zweig einen elektronisch steuerbaren Bypass-Schalter umfasst und der zweite parallele Zweig positive und negative Terminals zur Aufnahme jeweils der positiven und negativen Terminals einer Batterie umfasst, und eine elektronische Einwegeinrichtung, die in Serie geschaltet ist, wobei der Bypass-Schalter eine sehr geringe Impedanz hat, wenn er angeschaltet ist und eine sehr hohe Impedanz, wenn er ausgeschaltet ist, wobei die elektronische Einwegeinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine sehr geringe Impedanz hat, wenn Strom aus der Ladesektion in die Batterieterminals strömt und eine hohe Impedanz, wenn der Bypass-Schalter angeschaltet ist.According to a further aspect of the present invention there is provided a charging block for use in a serial battery charger, including at least first and second branches connected in parallel, the first parallel branch comprising an electronically controllable bypass switch and the second parallel branch comprising positive and negative terminals for receiving the positive and negative terminals of a battery, respectively, and an electronic one-way device connected in series, the bypass switch having a very low impedance when switched on and a very high impedance when switched off, the electronic one-way device being characterized in that it has a very low impedance when current flows from the charging section into the battery terminals and a high impedance when the bypass switch is switched on.
Gemäß eines dritten Aspektes der vorliegenden Erfindung ist ein serielles Batterieladegerät vorgesehen, einschließlich einer Batterieladesektion, die zumindest einen ersten und zweiten parallel verbundenen Zweig umfasst, wobei der erste Zweig eine Diode umfasst, die seriell mit den Terminals zur Verbindung der zu ladenden Batterien verbunden ist und wobei der zweite Zweig einen MOSFET- Bypass-Schalter umfasst, wobei der Bypass-Schalter über den ersten Zweig geschaltet ist und eine Niederimpedanz zur Verfügung stellt, wenn er aktiviert ist, wobei die Sperrdiode eine geringe Impedanz hat, wenn Strom in die zu ladende Batterie hineinfließt und eine hohe Impedanz hat, wenn das Batterieladegerät keine Stromversorgung liefert oder wenn der Bypass-Schalter angeschaltet ist.According to a third aspect of the present invention there is provided a serial battery charger including a battery charging section comprising at least first and second parallel connected branches, the first branch comprising a diode connected in series to the terminals for connecting the batteries to be charged and the second branch comprising a MOSFET bypass switch, the bypass switch being connected across the first branch and providing a low impedance when activated, the blocking diode having a low impedance when current is flowing into the battery to be charged and having a high impedance when the battery charger is not supplying power or when the bypass switch is on.
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Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Batterieladegerät vorgesehen, einschließlich einer Mehrzahl von Batterieladesektionen, die in Serie geschaltet sind, wobei jede der Ladesektionen einen ersten und zweiten parallel verbundenen Zweig umfasst, wobei der erste Parallelzweig einen elektronisch steuerbaren Bypass-Schalter umfasst und der zweite Parallelzweig positive und negative Terminals jeweils zur Aufnahme der positiven und negativen Terminals einer Batterie umfasst und eine elektronische Einwegeinrichtung, die seriell verbunden ist, wobei der Bypass-Schalter eine sehr geringe Impedanz hat, wenn er angeschaltet ist und eine sehr hohe Impedanz, wenn er ausgeschaltet ist, wobei die elektronische Einwegeinrichtung dadurch gekennzeichnet ist, dass sie eine sehr geringe Impedanz hat, wenn Strom aus der Ladesektion in die Batterieterminals fließt und eine hohe Impedanz hat, wenn der Bypass-Schalter angeschaltet ist.According to a fourth aspect of the present invention there is provided a battery charger including a plurality of battery charging sections connected in series, each of the charging sections comprising first and second branches connected in parallel, the first parallel branch comprising an electronically controllable bypass switch, the second parallel branch comprising positive and negative terminals respectively for receiving the positive and negative terminals of a battery and an electronic one-way device connected in series, the bypass switch having a very low impedance when switched on and a very high impedance when switched off, the electronic one-way device being characterized in that it has a very low impedance when current flows from the charging section into the battery terminals and has a high impedance when the bypass switch is switched on.
Vorzugsweise, wenn das Batterieladegerät weiterhin einen Mikrocontroller umfasst, überwacht der Mikrocontroller einen Satz von Parametern der Batterie, die geladen wird und aktiviert den Bypass-Schalter durch die Bildung einer Niedrigimpedanzumgehung über den ersten parallelen Zweig, wenn ein oder mehrere der gemessenen Batterieparameter einen Satz von vorbestimmten Bedingungen erfüllt.Preferably, when the battery charger further comprises a microcontroller, the microcontroller monitors a set of parameters of the battery being charged and activates the bypass switch by forming a low impedance bypass across the first parallel branch when one or more of the measured battery parameters satisfy a set of predetermined conditions.
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Vorzugsweise ist die elektronische Einwegeinrichtung eine Diode.Preferably, the electronic one-way device is a diode.
Vorzugsweise ist der Bypass-Schalter ein feldeffektiver Transistor („FET"), einschließlich eines MOSFET.Preferably, the bypass switch is a field-effective transistor ("FET"), including a MOSFET.
Vorzugsweise ist das Gate des Bypass-MOSFET mit einem Mikrocontroller verbunden, der die Gatespannung des MOSFET steuert, um den MOSFET an oder auszuschalten, so dass wenn der MOSFET angeschaltet ist, die Impedanz über die Senke-Quelle Terminals des MOSFET gering ist, wodurch die Bypassfunktion aktiviert wird und, wenn der MOSFET ausgeschaltet ist, die Impedanz über die Senke-Quelle Terminals sehr hoch ist, wodurch die Bypassfunktion deaktiviert wird.Preferably, the gate of the bypass MOSFET is connected to a microcontroller that controls the gate voltage of the MOSFET to turn the MOSFET on or off, such that when the MOSFET is on, the impedance across the sink-source terminals of the MOSFET is low, thereby enabling the bypass function, and when the MOSFET is off, the impedance across the sink-source terminals is very high, thereby disabling the bypass function.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description of the drawings
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden in größerem Detail in exemplarischer Weise und in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Darin zeigt:Preferred embodiments of the present invention will be described in more detail by way of example and with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 ein allgemeines Blockschaltkreisdiagramm des seriellen Batterieladegerätes einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;Fig. 1 is a general block circuit diagram of the serial battery charger of a preferred embodiment of the present invention;
Fig. 2 ein Blockdiagramm, das ein spezifisches Beispiel der Komponenten zeigt, die in jeder der seriellen Ladesektionen verwendet werden;
10Fig. 2 is a block diagram showing a specific example of the components used in each of the serial loading sections;
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Fig. 3 ein generelles Schaltkreisdiagramm, das weitere Verbindungseigenschaften des seriellen Batterieladegerätes der Figuren 1 und 2 zeigt; undFig. 3 is a general circuit diagram showing further connection characteristics of the serial battery charger of Figures 1 and 2; and
Fig. 4 ein allgemeines Schaltkreisdiagramm, das eine detailliertere Hardwareverbindung einer bevorzugten Ausführungsform des vorliegenden schnellen seriellen Batterieladegeräts zeigt.Fig. 4 is a general circuit diagram showing a more detailed hardware connection of a preferred embodiment of the present fast serial battery charger.
Bezugnehmend auf Fig. 1 ist ein Blockdiagramm gezeigt, das ein erstes Beispiel einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eines intelligenten seriellen Batterieladegeräts zeigt. Das Batterieladegerät umfasst eine Gleichstromquelle 100, eine Konstantstromquelle 200, eine Mikrocontrollereinheit 300 und eine Mehrzahl von Batterieladesektionen 410, 420, 430 und 440 die seriell miteinander verbunden sind. Die seriell verbundenen Batterieladesektionen sind mit den positiven und negativen Terminals der Gleichstromquelle 100 verbunden, um eine Gleichstromleistung mit der korrekten Polarität zu erzielen.Referring to Fig. 1, there is shown a block diagram showing a first example of a preferred embodiment of the present invention of an intelligent serial battery charger. The battery charger includes a DC power source 100, a constant current source 200, a microcontroller unit 300, and a plurality of battery charging sections 410, 420, 430 and 440 connected in series. The serially connected battery charging sections are connected to the positive and negative terminals of the DC power source 100 to provide DC power with the correct polarity.
Bezugnehmend auf Fig. 1 umfasst jede der Ladesektionen 410, 420, 430 und 440 eine elektronische Einwegeinrichtung, die seriell mit den positiven und negativen Terminals der Batterie verbunden sind, um die Ladeverbindung mit einer Batterie zu kontrollieren. Um einen steuerbaren Bypasspfad zur Verfügung zu stellen, der eine niedrige Überbrückungsimpedanz über eine Ladesektion bietet, wenn es nötig ist, beispielsweise, wenn die Batterie in einer bestimmten Ladesektion vollständig geladen ist, wird ein elektronisch steuerbarer Schalter 413 wie in den Figuren gezeigt vorgesehen.' Der Bypass-Schalter ist parallel mit der seriellenReferring to Fig. 1, each of the charging sections 410, 420, 430 and 440 includes an electronic bypass device connected in series to the positive and negative terminals of the battery to control the charging connection to a battery. To provide a controllable bypass path that provides a low bypass impedance across a charging section when necessary, for example when the battery in a particular charging section is fully charged, an electronically controllable switch 413 is provided as shown in the figures. The bypass switch is connected in parallel with the serial
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Verbindung der Batterieterminals und der elektronischen Einwegeinrichtung verbunden. Der Bypass-Schalter liefert eine Niederimpedanzumgehung über die Terminals der seriellen Verbindungen der elektronischen Einwegeinrichtung und der Batterieterminals, wenn aktiviert. In den vorliegenden spezifischen Ausfuhrungsformen ist der Bypass-Schalter eine 3-Terminaleinrichtung, bei der die Impedanz über zwei der Terminals durch ein drittes Terminal steuerbar ist.The bypass switch provides a low impedance bypass across the terminals of the serial connections of the electronic one-way device and the battery terminals when activated. In the specific embodiments present, the bypass switch is a 3-terminal device in which the impedance across two of the terminals is controllable by a third terminal.
Die elektronische Einwegeinrichtung, die seriell mit den Batterien unter Ladung eingefügt ist, sollte die folgenden miteinander konkurrierenden Bedingungen erfüllen. Zunächst ist es bevorzugt, eine niedrige Impedanz zu haben, wenn die Batterie geladen wird (d. h. wenn ein vorwärtsgerichteter Strom in die Batterie strömt). Zweitens ist es bevorzugt, eine hohe Impedanz zu haben, wenn keine Stromversorgung von dem Ladegerät zur Verfügung gestellt wird oder, in anderen Worten, wenn die Spannung an dem Batterieterminal diejenige des Ladeterminals übersteigt, um eine umgekehrte Entladung oder einen Umkehrstromfluss aus den Batterien zu vermeiden, da andererseits die Batterien entleert werden, wenn keine Stromversorgung von der Gleichstromquelle 100 zur Verfügung steht. Drittens sollte die Blockiereinrichtung eine sehr hohe Impedanz' haben, wenn der Bypass-Schalter angeschaltet ist, da andererseits eine Stromschleife ein Abrauchen des Schaltkreises verursachen könnte, die aus der Batterie, der Einwegeinrichtung und dem Bypass-Schalter gebildet wird, da der Bypass-Schalter eine niedrige Impedanz haben sollte und der resultierende Strom in der Stromschleife sehr groß wäre. Zusätzlich sollte die Blockiereinrichtung eine beträchtlich höhere ImpedanzThe electronic one-way device inserted in series with the batteries under charge should satisfy the following competing conditions. First, it is preferable to have a low impedance when the battery is being charged (i.e., when a forward current is flowing into the battery). Second, it is preferable to have a high impedance when no power is provided by the charger or, in other words, when the voltage at the battery terminal exceeds that of the charger terminal, in order to avoid reverse discharge or reverse current flow from the batteries, since otherwise the batteries will be drained if no power is available from the DC power source 100. Third, the blocking device should have a very high impedance when the bypass switch is on, since otherwise a current loop could cause a fire in the circuit formed by the battery, the one-way device and the bypass switch, since the bypass switch should have a low impedance and the resulting current in the current loop would be very large. In addition, the blocking device should have a considerably higher impedance
^ &Lgr; als diejenige des aktivierten Bypass-Schalters haben (d..h. wenn dieser angeschaltet ist), wenn^ �Lgr; than that of the activated bypass switch (i.e. when it is switched on), if
der Bypass-Schalter aktiviert wurde und wenn die Spannung an den Ladeterminals diejenige der Batterien übersteigt, so dass kein Umkehrstrom durch die elektronische Einwegeinrichrung in die Batterien fließt.the bypass switch has been activated and when the voltage at the charging terminals exceeds that of the batteries, so that no reverse current flows through the electronic one-way device into the batteries.
Zusätzlich zum einfachen Vorsehen eines Bypasspfads erlaubt die Kombination des elektronisch steuerbaren Bypass-Schalters zusammen mit der elektronischen Einwegeinrichtung eine hohe Frequenz und wiederholte Messungen über die Batterieterminals bei offenem Schaltkreis. Solche Messungen mit offenem Schaltkreis werden bevorzugt, um ausreichende Batterieparameter zu erhalten, zur Einschätzung der Ladebedingungen einer Batterie. Ein Beispiel dafür, wie die elektrischen Parameter der Batterien bei offenem Schaltkreis ermittelt werden können, wird weiter unten erklärt. Beispielsweise, wenn der MikroController 300 die Para-In addition to simply providing a bypass path, the combination of the electronically controllable bypass switch together with the electronic one-way device allows for high frequency and repeated open circuit measurements across the battery terminals. Such open circuit measurements are preferred to obtain sufficient battery parameters to assess the charging conditions of a battery. An example of how the electrical parameters of the batteries can be determined open circuit is explained below. For example, if the microcontroller 300 determines the parameters
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meter der Batterie 422 bei offenem Schaltkreis lesen muss, die in dem zweiten seriellen Ladeblock 420 geladen wird, sendet er ein elektronisches Steuersignal durch seinen I/O Port an die Kontrollterminals der drei Terminal-Bypass-Schalter und schaltet die Bypass-Schalter 413, 433 und 443 an. Das Resultat ist, dass die Impedanz über die zwei anderen Terminals der Bypass-Schalter 413, 433 und 443 sehr gering sein wird und die Batterien 412, 432 und 442 im wesentlichen umgangen werden, aufgrund der hohen Impedanz der Blockiereinrichtung unter diesen Umständen.meter of the open circuit battery 422 being charged in the second serial charging block 420, it sends an electronic control signal through its I/O port to the control terminals of the three terminal bypass switches and turns on the bypass switches 413, 433 and 443. The result is that the impedance across the other two terminals of the bypass switches 413, 433 and 443 will be very low and the batteries 412, 432 and 442 will essentially be bypassed due to the high impedance of the blocking device under these circumstances.
Wenn die Bypass-Schalter 413, 433 und 443 aktiviert worden sind, ergibt eine Messung der Spannung über die positiven Terminals (A/D2 in Fig. 2) der zweiten Batterie 422 und der Erde die Charakteristika der Batterie 422, da all die anderen Batterien, nämlich 412, 432 und 442 aus dem Messschaltkreis ausgeschlossen wurden, aufgrund der Isolation durch die Blokkiereinrichtungen 411, 431 und 441. Es ist zu bemerken, dass in diesem Moment die elektronische Einwegeinrichtungen 411, 431 und 441 die Batterien 412, 432, 442 von der Ladesektion isolieren und die Parameter der Batterie 422 bei offenem Schaltkreis gemessen werden können.When the bypass switches 413, 433 and 443 have been activated, a measurement of the voltage across the positive terminals (A/D2 in Fig. 2) of the second battery 422 and the ground gives the characteristics of the battery 422, since all the other batteries, namely 412, 432 and 442 have been excluded from the measuring circuit due to the isolation by the blocking devices 411, 431 and 441. It should be noted that at this moment the electronic one-way devices 411, 431 and 441 isolate the batteries 412, 432, 442 from the charging section and the parameters of the battery 422 can be measured with the circuit open.
Nachdem die Messungen durchgeführt worden sind sendet der Mikrocontroller wiederum ein weiteres Kontrollsignal an die elektronisch gesteuerten drei Terminalschalter 413, 433 und 443, so dass die Impedanz über die zwei anderen Terminals der Bypass-Schalter wiederum einen hohen Zustand einnehmen, um den Bypass zu deaktivieren. Als Resultat strömt wiederum Strom durch die elektronische Einwegeinrichtung in die Batterien, die geladen werden.After the measurements have been made, the microcontroller sends another control signal to the electronically controlled three terminal switches 413, 433 and 443, so that the impedance across the other two terminals of the bypass switches again goes to a high state to deactivate the bypass. As a result, current again flows through the electronic one-way device into the batteries, which are being charged.
Alternativ kann die zweite Batterie 422 gemessen werden, indem der zweite Bypass-Schalter 423 aktiviert wird. In diesem Moment wird die zweite Batterie isoliert und die Messung kann über die Batterieterminals direkt erfolgen. Natürlich sind zusätzliche analoge Digitalkonverter notwendig, um die Potenzialdifferenz über die zwei Batterieterminals zu Messen. Um eine akkurate Messung der Parameter bei offenem Schaltkreis sicherzustellen, ist es höchst wünschenswert, dass, wenn die Bypass-Schalter geschlossen (aktiviert) sind, kein Strom in oder aus den Batterien fließt, deren zugeordnete Bypass-Schalter aktiviert wurden, da andererseits die Ablesungen bei offenem Schaltkreis nicht akkurat sein werden.Alternatively, the second battery 422 can be measured by activating the second bypass switch 423. At this moment, the second battery is isolated and the measurement can be made across the battery terminals directly. Of course, additional analog to digital converters are necessary to measure the potential difference across the two battery terminals. To ensure accurate measurement of the open circuit parameters, it is highly desirable that when the bypass switches are closed (activated) no current flows into or out of the batteries whose associated bypass switches have been activated, otherwise the open circuit readings will not be accurate.
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Um Strom daran zu hindern, aus den Batterien herauszufließen, wenn Messungen bei offenem oder geschlossenem Schaltkreis erfolgen, sollte die elektronische Einwegeinrichtung eine sehr hohe Impedanz haben, die ausreicht, um Strom daran zu hindern, aus der Batterie in die umgekehrte Richtung zu fließen, wenn der Bypass aktiviert ist, sogar wenn die Spannung an den Terminals auf der Ladesektion vor und nach der Aktivierung des Bypass-Schalters höher ist als die der Batterie. Gleichzeitig ist es auch bevorzugt, den Strom zu vermeiden oder zu minimieren, der in die Batterieterminals fließt, wenn der Bypass-Schalter angeschaltet ist (oder geschlossen oder aktiviert zu welchem Punkt die Impedanz über die zwei Terminals des Bypass-Schalters in niedrigem Zustand ist).To prevent current from flowing out of the batteries when measurements are made in open or closed circuit, the one-way electronic device should have a very high impedance, sufficient to prevent current from flowing out of the battery in the reverse direction when the bypass is activated, even if the voltage at the terminals on the charging section before and after activation of the bypass switch is higher than that of the battery. At the same time, it is also preferable to avoid or minimize the current flowing into the battery terminals when the bypass switch is on (or closed or activated at which point the impedance across the two terminals of the bypass switch is in a low state).
Um einen Umkehrfluss des Stroms aus der Stromquelle in die Batterie zu vermeiden, wenn der Bypass-Schalter geschlossen ist sollte die Impedanz der elektronischen Einwegeinrichtung 411, 421, 431, 441 signifikant höher sein, als diejenige des Bypass-Schalters 413, 423, 433, 443, wenn der Bypass-Schalter geschlossen ist. Andererseits sollte die elektronische Einwegeinrichtung eine sehr geringe Impedanz haben, wenn eine Stromversorgung vom Ladegerät vorliegt und wenn der Bypass-Schalter geöffnet ist, so dass der Ladungsstrom vollständig in die Batterie fließt, über die elektronische Einwegeinrichtung zur Ladung. Um einen elektronisch steuerbaren Schalter vorzusehen, der einen hohen und einen niedrigen Impedanzstatus hat, wird ein MOSFET gewählt. Im Allgemeinen, wenn eine geeignete Gate-Spannung an ein MOSFET angelegt wird, werden die Senk-Quelle Terminals der MOSFET mit geringer Impedanz leitend. Wenn andererseits eine andere Gate-Spannung angelegt wird, werden die Senke-Quelle Terminals der MOSFET eine hohe Impedanz haben, und nicht leitend werden. Ein MOSFET-Schalter wird gewählt als Bypass-Schalter, da er eine relativ hohe Bandbreite hat, so dass der Bypass-Schalter oft an und ausgeschaltet werden kann, innerhalb einer geringen Zeitspanne. Solch ein wiederholtes Schalten ist notwendig, um all die notwendigen Messungen und Ablesungen bei offenem Schaltkreis vorzunehmen. Die hohe Bandbreit wird auch bevorzugt, um reagieren zu können, wenn eine Abnormalität einer Batterie beobachtet wird und um alle feststellbaren Unterbrechungen der anderen Ladesektionen zu minimieren, wenn eine der Batterien aus dem Ladegerät entfernt wird. Natürlich können andere elektronische Einrichtungen, die ähnliche elektronische Charakteristika zeigen, alternativ auch verwendet werden.To avoid reverse flow of current from the power source into the battery when the bypass switch is closed, the impedance of the one-way electronic device 411, 421, 431, 441 should be significantly higher than that of the bypass switch 413, 423, 433, 443 when the bypass switch is closed. On the other hand, the one-way electronic device should have a very low impedance when power is supplied from the charger and when the bypass switch is open, so that the charging current flows entirely into the battery, via the one-way electronic device for charging. To provide an electronically controllable switch having a high and a low impedance state, a MOSFET is chosen. Generally, when an appropriate gate voltage is applied to a MOSFET, the sink-source terminals of the low-impedance MOSFET become conductive. On the other hand, if a different gate voltage is applied, the sink-source terminals of the MOSFET will have a high impedance and will not conduct. A MOSFET switch is chosen as the bypass switch because it has a relatively high bandwidth, so that the bypass switch can be turned on and off many times, within a short period of time. Such repeated switching is necessary to take all the necessary open circuit measurements and readings. The high bandwidth is also preferred to be able to react when an abnormality of one battery is observed and to minimize any detectable interruption to the other charging sections when one of the batteries is removed from the charger. Of course, other electronic devices exhibiting similar electronic characteristics may alternatively be used.
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% 12 /O % 12 /O
Was die elektronische Einwegeinrichtung angeht, so erschien der MOSFET als geeigneter Kandidat. Bei Versuchen zur Verwendung eines MOSFET als Einwegeinrichtung wurde der MikroController derart programmiert, dass Gate-Spannungen unterschiedlicher Wirkung an die MOSFET geschickt werden (eines als Einwegeinrichtung und der andere als Bypass-Schalter). Mit einer derartigen Anordnung ist der eine MOSFET an, wenn der andere aus ist und umgekehrt. Wenn daher die Einwegeinrichtung angeschaltet ist, ergibt sich ein Pfad geringer Impedanz für den Ladestrom. Wenn der Bypass-MOSFET an ist, ist die Einwegeinrichtung aus, wodurch sich ein serieller Widerstand mit hoher Impedanz bildet, der die Batterie vom Rest des Schaltkreises isoliert. Es ergab sich jedoch, dass MOSFET oder andere FET in dieser Weise ungeeignet zur Verwendung als elektronische Einwegeinrichtung oder Blokkiereinrichtung für die vorliegenden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind. In der Tat haben Experimente unter der Verwendung von MOSFET als elektronische Einwegeinrichtung oder Blockiereinrichtung in den Ausführungsformen wie gezeigt in Fig. 1 der vorliegenden Erfindung versagt, da sie alle schnell abrauchten. Weitere Untersuchungen zeigten, dass Burnouts auftraten, wenn die Stromversorgung des Ladegeräts angestellt und dann abgestellt wurde, aufgrund der Floating-MOSFET-Gate. Viele Versuche unter Verwendung sehr komplizierter Schaltkreisanordnungen zur Lösung des Problems wurden versucht, aber keine befriedigende Lösung gefunden. Die Verwendung von Dioden als Einweg- oder Blockiereinrichtung erschienen als mögliche Lösung zunächst, aber eine Diode scheint nicht in der Lage zu sein, eine Hochimpedanz-Blockierung vorzusehen, wenn die Stromversorgung an ist und wenn die Spannung des Ladesektionsterminals diejenige der Batterie übersteigt.As for the one-way electronic device, the MOSFET appeared to be a suitable candidate. In attempts to use a MOSFET as a one-way device, the microcontroller was programmed to send gate voltages of different effects to the MOSFETs (one as a one-way device and the other as a bypass switch). With such an arrangement, one MOSFET is on when the other is off and vice versa. Therefore, when the one-way device is on, a low impedance path for the charging current is provided. When the bypass MOSFET is on, the one-way device is off, forming a high impedance series resistor which isolates the battery from the rest of the circuit. However, it was found that MOSFET or other FETs in this manner are unsuitable for use as an electronic one-way device or blocking device for the present embodiments of the present invention. In fact, experiments using MOSFET as an electronic one-way device or blocking device in the embodiments shown in Figure 1 of the present invention have failed, as they all quickly burned out. Further investigation showed that burnouts occurred when the charger power supply was turned on and then turned off, due to the floating MOSFET gate. Many attempts were made to solve the problem using very complicated circuit arrangements, but no satisfactory solution was found. The use of diodes as a one-way or blocking device appeared as a possible solution at first, but a diode does not seem to be able to provide high impedance blocking when the power supply is on and when the charger section terminal voltage exceeds that of the battery.
Bei weiteren Studien und Versuchen wurde eine weitere, durchführbare Lösung betrachtet. Bezugnehmend auf Fig. 2 ist eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt, bei der eine spezifische Kombination einer elektronischen Einwegeinrichtung und eines Bypass-Schalters gezeigt ist. In dieser Ausführungsform wird ein MOSFET als Bypass-Schalter verwendet und eine Diode wird als elektronische Einwegeinrichtung verwendet. Die · Diode ist seriell mit den Batterieterminals in der in Fig. 2 gezeigten Weise verbunden, so dass Ladestrom in die Batterien durch einen Niederimpedanzpfad strömen kann, während ein Umkehrstrom blockiert wird. Wenn der MOSFET-Bypass-Schalter 413, etc. angeschaltet ist, wird die Senke-Quelle Impedanz sehr gering und die Senke-Quelle Spannung ist somit auch sehr gering, typischerweise im Bereich von 0,2 V. Da eine derartige Niederspannung über die Senke und Quelle Terminals weit entfernt ist von der Anschaltspannung der Diode, die typi-In further studies and experiments, another feasible solution was considered. Referring to Fig. 2, a preferred embodiment of the present invention is shown in which a specific combination of a one-way electronic device and a bypass switch is shown. In this embodiment, a MOSFET is used as the bypass switch and a diode is used as the one-way electronic device. The diode is connected in series to the battery terminals in the manner shown in Fig. 2 so that charging current can flow into the batteries through a low impedance path while a reverse current is blocked. When the MOSFET bypass switch 413, etc. is turned on, the drain-source impedance becomes very low and the drain-source voltage is thus also very low, typically in the range of 0.2 V. Since such a low voltage across the drain and source terminals is far from the turn-on voltage of the diode, which is typical
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scherweise im Bereich von 0,6 V liegt, wird die Diode zu einer Hochimpedanz-Blockiereinrichtung, die Strom daran hindert, in die Batterie zu fließen. Durch die synergetische Nutzung der kombinierten Charakteristika der zwei Einrichtungen, namentlich der niedrigen Senke-Quelle Spannung von ungefähr 0,2 V, wenn ein MOSFET angeschaltet ist und der hohen Anschaltspannung, von ca. 0,6 V für eine Diode, kann ein Batterieladegerät oder eine Batterieladegerätsektion zur Verfügung gestellt werden, die die vorgenannten miteinander konkurrierenden Anforderungen erfüllt. Wie in den Figuren gezeigt, können eine Mehrzahl von Ladesektionen seriell geschaltet werden, um ein bevorzugtes serielles Ladegerät vorzusehen. typically in the range of 0.6 V, the diode becomes a high impedance blocking device that prevents current from flowing into the battery. By synergistically utilizing the combined characteristics of the two devices, namely the low sink-source voltage of about 0.2 V when a MOSFET is turned on and the high turn-on voltage of about 0.6 V for a diode, a battery charger or battery charger section can be provided that meets the aforementioned competing requirements. As shown in the figures, a plurality of charging sections can be connected in series to provide a preferred series charger.
Bezugnehmend auf Fig. 3 ist ein schematisches Diagramm gezeigt, das eine detailliertere Verbindung zwischen der Spannungsquelle 100, der Stromquelle 200, der CPU 300 und den seriell verbundenen Ladesektionen 410, 420, 430, 440 zeigt. Jede der Ladesektionen umfasst eine Sperrdiode 411, etc. die einen Umkehrstrom aus der Batterie verhindert, und eine Hochimpedanzisolation der Batterieterminals bietet, wenn der Niederimpedanzschalter 413, etc. angeschaltet ist, obwohl die Diode in diesem Moment unter einer leichten Vorwärtsspannung steht. In dieser spezifischen Ausführungsform wie in Fig. 3 gezeigt, ist jede Ladesektion mit Aufnahmen zur alternativen Ladung von AAA oder einer AA Batterie versehen.Referring to Fig. 3, a schematic diagram is shown showing a more detailed connection between the voltage source 100, the current source 200, the CPU 300 and the serially connected charging sections 410, 420, 430, 440. Each of the charging sections includes a blocking diode 411, etc. which prevents reverse current from the battery and provides high impedance isolation of the battery terminals when the low impedance switch 413, etc. is turned on, although the diode is under a slight forward bias at that moment. In this specific embodiment as shown in Fig. 3, each charging section is provided with receptacles for alternatively charging AAA or AA batteries.
Bezugnehmend auf Fig. 4 ist eine detailliertere Schaltkreisanordnung der Ladesektion nach Fig. 3 gezeigt. In dieser spezifischen Ausführungsform sind die Bypass-MOSFETs, die Sperrdioden wie auch die MOSFET-Gate-Steuerschaltung, die zwischen dem Bypass- ^ MOSFET und dem CPU angeordnet ist, in größerem Detail beschrieben. Der Gatekontrollschaltkreis dient dazu, ein Betriebsbeispiel der Steuerung des Bypass-Schalters zu liefern, wobei andere Schaltkreisvariationen natürlich möglich sind, um im Wesentlichen denselben oder ähnliche Effekte zu erzielen.Referring to Fig. 4, a more detailed circuit arrangement of the charging section of Fig. 3 is shown. In this specific embodiment, the bypass MOSFETs, the blocking diodes as well as the MOSFET gate control circuit arranged between the bypass MOSFET and the CPU are described in greater detail. The gate control circuit serves to provide an operational example of the control of the bypass switch, other circuit variations being of course possible to achieve substantially the same or similar effects.
Während die vorliegende Erfindung durch Bezug auf die unterschiedlichen spezifischen Beispiele wie oben beschrieben wurde, ist festzuhalten, dass diese Beispiele lediglich vorgesehen sind, um das Verständnis zu erleichtern und nicht dazu dienen sollen, den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung zu beschränken. Zusätzlich ist festzuhalten, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung gemäß dem Geiste der Erfindung wie beschrieben in der obigen Beschreibung interpretiert werden sollte und daher Modifikationen oder Variationen umfasst,While the present invention has been described by reference to the various specific examples as above, it is to be noted that these examples are merely provided to facilitate understanding and are not intended to limit the scope of the present invention. In addition, it is to be noted that the scope of the present invention should be interpreted in accordance with the spirit of the invention as described in the above description and therefore includes modifications or variations.
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die offensichtlich oder trivial für den Fachmann sind. Insbesondere hat die vorliegende Erfindung eine synergetische Verwendung einer Kombination von eher einfachen Komponenten offenbart, um einen Schaltkreis oder eine Schaltkreisanordnung anzubieten, bei der verschiedene miteinander konkurrierende Anforderungen für Batterieladesektionen untergebracht sind und in einer sehr einfachen Art und Weise durch Verwendung relativ einfacher Komponenten und in einer simplen Anordnung zur Verfügung gestellt werdenwhich are obvious or trivial to those skilled in the art. In particular, the present invention has disclosed a synergistic use of a combination of rather simple components to provide a circuit or circuit arrangement in which various competing requirements for battery charging sections are accommodated and provided in a very simple manner by using relatively simple components and in a simple arrangement.
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